温度とポリマー

材料の構造をよりよく理解したので、次は温度に対する挙動を理解するためにその熱特性を詳しく見ていきます。そのためにはまず、ポリマーの熱特性を明らかにする試験を定義する必要があります：DSC。

DSCの定義

示差走査熱量測定（DSC）は、試料を室内に配置し、室内温度を継続的に上昇させるのに必要な熱量を測定する熱分析の一種です。この分析は、ポリマーが徐々に加熱される際のエネルギー吸収・放出の度合いを記録することで、ガラス転移、結晶化、融解など試料が状態遷移を起こす温度を特定することを目的としています。

DSC

ガラス転移温度（Tg）

ガラス転移温度は全てのポリマーに見られ、ポリマーの物理的状態がガラス状（硬くてもろい）からゴム状（柔らかく柔軟）へ移る温度を指します。Tgは通常、非晶性ポリマーの最高使用温度を示すために用いられます。

結晶化温度（Tc）

結晶化はTgとTm（融点）の間で起こります。これはポリマー分子が配列して結晶を形成する過程です。結晶化温度は、ポリマーが最も速い速度で結晶化する温度点を指します。

融解温度（Tm）

融解温度は、半結晶性ポリマーの結晶領域が融解／変形し始める点です。非晶性ポリマーには明確な融解温度はありません。

分解温度（Td）

分解温度は材料が劣化し始める温度であり、ポリマーの主鎖（バックボーン）が分解し始めることを意味します。

上のグラフと定義に関する注意点

簡単に理解する方法として、加熱室に注入される熱（エネルギー）は室内温度を上げるために使われますが、もし試料（ポリマー）が構造の再配列のために熱エネルギーを吸収するならば、温度を一定の速度で継続的に上昇させるためにより多くの熱を注入する必要がある、ということです。

下のグラフを参照すると、最初は一定の速度で温度を上げるために系に一定量の熱が加えられます。Tg（ガラス転移温度）では、同じ速度で温度を上げるためにより多くの熱が必要であることがわかります。これは試料が非共有結合を切断してポリマーをより自由に動かすために熱を吸収するためであり（結果として材料が軟化します）。

この相転移の後、試料はより高い比熱を持つようになるため、系の温度を同じ速度で上昇させるために注入する熱量は相変わらず一定ですが、その量はTg前よりも大きくなります。試料により継続的に吸収されるエネルギーはポリマーの微視的構造をより自由に（より多く）動かし続けます（励起させます）。Tc（結晶化温度）では、試料のポリマーチェーンは結晶を形成するのに十分な自由な動きを持つようになります。すると試料はエネルギー（熱）を放出し、系の温度を上げるために注入すべき熱は少なくて済むようになります。

その理由は、より秩序だった構造（結晶構造）はより無秩序な構造から形成されるために必要なエネルギーが少なくなり、余分なエネルギーが放出されるためです。一旦結晶が形成されると、試料から系への追加のエネルギー放出はなくなります。しかし結晶形成直後、Tm（融点）ではポリマーチェーンはさらにエネルギー（運動）を得続け、過度に励起されて結晶構造を破壊し、系からエネルギーを吸収するようになります。したがって温度を一定速度で上げ続けるためには系により多くのエネルギーを注入する必要があります。全ての結晶が破壊された後、試料は系からの追加エネルギーを必要としなくなります。これがTcとTmにおける逆向きのピークの説明です。Td（分解温度）では、試料は分解を始め、共有結合が切断され始め、試料は比熱を失うため、系の温度を上げるのに必要な熱は少なくなります。

温度に応じたポリマーの熱遷移と挙動がよりよく理解できたので、この知識を用いていくつかの3Dプリント現象を説明できます：